Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ЛАБ_ПРАК_MathCad

.pdf
Скачиваний:
34
Добавлен:
14.03.2016
Размер:
689 Кб
Скачать
☆

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4

9

∑

 

3i

 

+

 

2

 

 

 

 

 

∫1 +

dx

[-1/4;0]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

3x +1

 

 

 

i

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

∑i

4i

−3

 

 

 

 

∫4 +dx3 x2

[-1;0]

 

6i3

+5

 

 

 

11

∑

 

2i

 

+

3

 

 

 

 

 

 

∫

 

xdx

[0;4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 + x

 

12

∑ln

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

x −3dx

[3;6]

 

 

 

1 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2i

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

(x2

+

1 + x)dx

[0;3]

 

 

 

 

 

 

i

 

−

 

 

 

 

 

 

1+ x

 

 

∑ e

 

 

1

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

∑i

 

 

 

 

 

1+i

 

 

 

x − 2dx

[2;3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫1 + x − 2

 

 

 

i3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

xdx

[25;49]

 

∑i * arctg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

+ 4

 

 

x −6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

∑i

1 −cos

 

 

 

 

 

i

 

 

∫

 

xdx

[0;1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i2 +i +1

 

 

2x + 7

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

dx

[0;4]

 

∑ln 1

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

x +5

 

 

 

i

2

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

4

18

 

∑

e−1/ i3

 

−1

 

 

∫33

x22 dx

 

[-8;0]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

+3

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i − 2

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

[4;9]

 

 

∑sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

x(x −1)

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

i

 

 

+ 5

 

 

 

 

 

 

 

20

∑

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

[1;2]

 

 

 

 

 

arctg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

1

2

+

4

−1

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i −

 

 

 

 

21

 

∑1−cos(2i)

 

 

∫

 

 

xdx

 

 

 

 

 

 

[0;1]

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

3i + 4

 

 

 

 

 

 

7 + x2

 

 

 

 

22

∑

(−1)i (i2

−6)

∫ x cos( x )dx

[0;π/2]

 

 

 

 

 

 

6

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

 

 

 

 

∑

i2

−

 

4

 

 

 

 

 

 

 

∫xe−7 x dx

 

[0;1]

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

 

 

 

 

∑i2

+i

5

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

[0;1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x +3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

[0;2]

 

 

∑

 

(−1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i(i +1)

 

 

 

 

 

∫7 + 4x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

 

 

 

 

∑

i2

−

3

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

[1;3]

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 (2x +

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

1

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

4

27

 

 

 

 

2i

 

 

 

 

[-1;1]

 

∑i

0.2

 

 

 

∫x 3 − x2 dx

 

 

ln(4i + 2)

 

28

∑

(−1)i

 

 

x2 dx

 

[0;2]

 

4

i

 

 

∫8 + x

3

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

29

∑i

 

0.3i

∫x sin(2x)dx

[0;π/4]

 

ln(i + 2)

 

 

 

 

 

 

30

∑

2i

∫arcsin(x)dx

[0;1]

 

i 3

i4 + 2

 

 

 

 

 

Пример выполнения задания:

Задание:

Координаты

Матрица

 

 

 

 

точек

 

 

 

 

 

 

A=(-1, 2, 9)

1

−1

1

 

 

 

B=(7, -2, -4)

 

0

3

 

 

 

C=(-1, -5, -1)

M = 2

 

 

 

1

3

2

 

 

D=(-3, -1, 4)

 

 

Ряд

Неопределенный

 

Пределы

 

интеграл

 

 

 

интегр.

−i

∫ex x2 dx

 

 

(-∞; 0]

∑e 2

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

13

1. Для выполнения задания 1 используем известную формулу из курса линейной алгебры, которая гласит, что координаты вектора численно равняются разности координат точек конца и начала вектора:

ar = (x2 − x1; y2 − y1; z2 − z1 ) .

(1)

Для этого в MathCad точки A, B, C и D набираются в следующем виде:

−1

7

 

−1

−3

 

A :=

2

 

B := −2

 

C :=

−5

D :=

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

−4

 

 

−1

 

4

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее задаем параметр i меняющийся от 0 до 2.

Примечание: Отметим, что в пакете MathCad нумерация компонент векторов и элементов матриц начинается с 0.

i := 0.. 2

Для нахождения координат наших векторов используем формулу (1), которая в MathCad имеет вид:

ai := Bi − Ai bi := Di − Ci .

Для просмотра координат векторов достаточно набрать: a= и b=. В данной задаче

14

 

8

 

 

−2

 

a =

−4

 

b =

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−13

 

5

 

.

 

 

 

 

 

 

Рекомендация:

 

 

предлагаем

 

 

читателю

самостоятельно вычислить в MathCad длину полученных векторов.

2. Вычислим скалярное и векторное произведение полученных векторов.

Примечание: Обращаем внимание читателя на то, что вычисления скалярного произведения в MathCad осуществляется согласно правилу умножения матриц.

В связи с этим вектора следует задавать следующим образом:

−2

aT = ( 8 −4 −13 ) b = 4

5 .

Примечание: Верхний индекс Т у вектора а означает операцию транспонирования.

Вычислим скалярное произведение: aT b = ( −97 ) .

Проверим результат, воспользовавшись определением скалярного произведения:

15

a0 b0 + a1 b1 + a2 b2 = −97

или в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(aT)

0

,0

b0

+ (aT)

0

,1

b1

+ (aT)

0

,2

b2

= −97

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

Примечание: Если вектор задан в строчку, то MathCad воспринимает его не как вектор, а как матрицу с одной строкой и n столбцами.

Для вычисления векторного произведения вектора следует задавать в виде столбцов.

В качестве примера, продемонстрируем проверку антикоммутативности векторного произведения

 

32

 

 

−32

 

 

a × b =

−14

 

b × a =

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

 

 

−24

 

.

 

 

 

 

 

 

3. Рассмотрим произведение матрицы на вектор. Матрица задается с помощью встроенных функций пользователя, а произведение ее на вектор в MathCad имеет вид:

−1

M b = 11

20 .

Умножение вектора на матрицу осуществляется следующим образом:

aT M = ( −13 −47 −30 ) .

16

4. Вычисление определителя матрицы выполняется с помощью встроенной символьной операции M =−2 .

5. Частичные суммы рядов вычисляются с помощью определенных символьных операций, представленных на рисунке 1.

 

 

Рис. 1.

 

.

 

 

 

 

 

 

Результаты вычислений имеют вид:

 

 

 

S(i) := ∑e

−i

1

 

−1

 

2

 

 

S(i) →

 

 

exp 2

i

 

−1

 

i

 

 

exp 2

− 1

 

.

Примечание: Из курса математического анализа известно, что частичные суммы в теории рядов представляют собой отправную точку в исследовании их сходимости. Средства MathCad, позволяют, используя фундаментальное определение сходимости числового ряда, рассмотреть этот вопрос для различных числовых рядов.

17

Здесь в качестве примера мы рассматриваем заданный выше ряд.

Если предел S(i) при i→∞ существует и конечен, то ряд сходится. Рассмотрим такой предел для нашего ряда. В среде MathCad для вычисления пределов используются встроенные символьные операции, представленные на рисунке 1. Результаты вычислений выглядят следующим образом:

lim S(i) → 0

i→∞ .

6. Ряд сходится, следовательно, можно вычислить его сумму:

∞

 

− i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∑

 

 

 

 

 

 

−

1

 

 

 

 

 

e

2 →

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp

 

−

1

 

−

1

 

i = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

7. Для вычисления неопределенных интегралов также используются встроенные символьные вычисления (см.

рис.1).

⌠

F ( x) := ex x2 dx

⌡

F ( x) → exp ( x) x2 − 2 x exp ( x) + 2 exp ( x) .

Примечание: Отметим, что в полученном результате отсутствует аддитивная постоянная.

Согласно основному свойству интегралов, производная от первообразной должна быть равна

18

подынтегральной функции. Часто это свойство используется в качестве проверки полученных первообразных.

Для вычисления производных снова используем встроенные символьные вычисления (см. рис.1).

В нашем случае получаем:

 

 

d

F ( x )

→ exp ( x )

x 2

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

.

 

 

 

 

 

 

8. Для

вычисления

определенного

интеграла,

используя символьные операции, получаем

 

 

 

 

⌠ 0

e x x 2 dx →

2

 

 

 

 

 

 

 

⌡− ∞

 

.

 

Примечание: Возможности пакета позволяют с помощью указанных символьных операций проводить исследования сходимости несобственных интегралов и изучение поведения разрывных функций на заданном интервале. В чем предлагаем читателю убедиться самостоятельно, рассмотрев следующие два примера:

2

x

 

 

 

 

 

cos(x)

 

 

1. ∫0

dx

 

y(x)

=

при x

−

x2 −1

 

 

x

 

2.

 

 

[ 1;1].

19

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «Работа с файлами данных.

Сплайн-аппроксимация. Графика»

Цель работы: Научиться записывать данные в файл и читать их из файла. По заданной таблице данных построить сплайн-аппроксимацию. Освоить работу с графическим модулем MathCad.

Рекомендуемая литература: [1-3, 7, 10].

Задание:

1.Создать файл x.txt, в который записать столбиком значения x- координат. В файл y.txt записать значения y- координат.

2.Прочитать значения x и y из файлов.

3.Из этих значений сформировать матрицу M размера

9x2.

4.Отсортировать матрицу M по первому столбцу.

5.Записать полученную матрицу в файл m.txt.

6.Вычислить коэффициенты и построить линейный сплайн по таблице данных.

7.Вычислить коэффициенты и построить квадратичный сплайн по таблице данных.

8.Вычислить коэффициенты и построить кубический сплайн по таблице данных.

20